激光整形装置和激光组件的制作方法

1.本实用新型涉激光技术领域，尤其涉及一种激光整形装置和激光组件。


背景技术：

2.大功率固体激光器和大功率光纤激光器中，大多采用激光二极管阵列作为激励源，激光二极管阵列的快轴方向和慢轴方向均存在发散角，且快轴方向的发散角更大，故输出的光束有较大的像散，且光束形状不对称，即光束质量较差，因此，在实际应用中需要对光束进行整形。
3.目前常用的光束整形方式为快轴压缩、快慢轴单独准直、棱镜对慢轴扩束等方式，这些在光学利用率上非常有优势，但是无法解决光束质量差的问题，无法应用于高光束质量应用场景，因此出现了单模耦合方案。
4.然而，采用单模耦合方案时对装配空间和安装精度有较高要求，不同厂家的组件不能通用，因此，单模耦合方案的实用性较低。


技术实现要素：

5.本公开提供了一种激光整形装置和激光组件，能够提高单模耦合方案的实用性。
6.第一方面，本实用新型实施例提供了一种激光整形装置，包括：本体、耦合透镜、单模光纤和第一准直透镜；
7.所述本体内部形成有腔室，所述本体包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁分别位于所述腔室的相对两侧；所述第一侧壁上设置有第一通孔，所述耦合透镜固定于所述腔室内且正对所述第一通孔；所述第二侧壁上设置有第二通孔，所述第一准直透镜固定于所述腔室内且正对所述第二通孔；
8.所述单模光纤固定于所述腔室内，所述单模光纤的接收端面位于所述耦合透镜的光轴上，所述单模光纤的输出端面位于所述第一准直透镜的光轴上；所述耦合透镜，用于将光束耦合至所述单模光纤内；所述单模光纤，用于滤除高阶模光束输出低阶模光束；所述第一准直透镜，用于对所述低阶模光束进行准直。
9.可选地，所述单模光纤包括第一部、第二部和第三部，所述第二部的两端分别连接所述第一部和所述第三部，所述第一部的延伸方向与所述第三部的延伸方向平行，且所述第一部的延伸方向与所述第三部的延伸方向分别与所述第二部的延伸方向存在大于0度的夹角。
10.可选地，所述第一部包括所述接收端面，所述第一部沿所述耦合透镜的光轴所在方向延伸；所述第三部包括所述输出端面，所述第三部沿所述第一准直透镜的光轴所在的方向延伸。
11.可选地，所述接收端面位于所述耦合透镜的焦点处，所述输出端面位于所述第一准直透镜的焦点处。
12.可选地，所述耦合透镜的焦点位于所述接收端面的中点处，所述第一准直透镜的
焦点位于所述输出端面的中点处。
13.可选地，还包括玻璃支柱；所述玻璃支柱用于固定所述第一准直透镜、所述耦合透镜和所述单模光纤。
14.第二方面，本实用新型实施例提供了一种激光组件，包括激光二极管和第一方面提供的任一种激光整形装置；
15.所述耦合透镜位于所述激光二极管的光轴上。
16.可选地，激光组件还包括：第二准直透镜；所述第二准直透镜位于所述激光整形装置和所述激光二极管之间，且所述激光二极管的出光面位于所述第二准直透镜的焦点处。
17.可选地，所述单模光纤的纤芯直径和数值孔径，与所述激光二极管发射的光束的波长衍射极限相匹配。
18.可选地，激光组件还包括：封装体；所述第二准直透镜、所述激光二极管和所述激光整形装置封装于所述封装体内，所述封装体上设置第三通孔，所述第三通孔正对所述第二通孔，用于传输准直后的所述低阶模光束。
19.本实用新型实施例提供的技术方案中，通过激光整形装置包括：本体、耦合透镜、单模光纤和第一准直透镜，本体内部形成有腔室，本体包括第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁和第二侧壁分别位于腔室的相对两侧，第一侧壁上设置有第一通孔，耦合透镜固定于腔室内且正对第一通孔，第二侧壁上设置有第二通孔，第一准直透镜固定于腔室内且正对第二通孔，单模光纤固定于腔室内，单模光纤的接收端面位于耦合透镜的光轴上，单模光纤的输出端面位于第一准直透镜的光轴上。耦合透镜将光束耦合至单模光纤内，单模光纤滤除高阶模光束输出低阶模光束，第一准直透镜对低阶模光束进行准直，滤除了光束中的低质量光束，得到高质量光束，从而实现激光整形；此外，耦合透镜、单模光纤和第一准直透镜均集成于本体的腔室内，各部件之间的位置关系固定，激光整形时无需自行设置各部件之间的距离，提高了单模耦合方案的实用性。
附图说明
20.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型实施例提供的一种激光整形装置的结构示意图；
23.图2为本实用新型实施例提供的一种激光组件的结构示意图。
24.其中，100激光整形装置；
25.110 本体；
26.111，第一侧壁；
27.112 第二侧壁；
28.120 耦合透镜；
29.130 单模光纤；
30.131 第一部；
31.132 第二部；
32.133 第三部；
33.140 第一准直透镜；
34.150 腔室；
35.161 第一通孔；
36.162 第二通孔；
37.170 玻璃支柱；
38.200 激光组件；
39.210 激光二极管；
40.220 第二准直透镜；
41.230 封装体；
42.231 第三通孔。
具体实施方式
43.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面将对本实用新型的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
44.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。
45.图1为本实用新型实施例提供的一种激光整形装置的结构示意图，如图1所示，激光整形装置100包括：本体110、耦合透镜120、单模光纤130和第一准直透镜140。
46.其中，本体110内部形成有腔室150，本体110包括第一侧壁111和第二侧壁112，第一侧壁111和第二侧壁112分别位于腔室150的相对两侧。第一侧壁111上设置有第一通孔161，耦合透镜120固定于腔室150内且正对第一通孔161，第二侧壁112上设置有第二通孔162，第一准直透镜140固定于腔室150内且正对第二通孔162。
47.单模光纤130固定于腔室150内，单模光纤130的接收端面位于耦合透镜120的光轴s1上，单模光纤130的输出端面位于第一准直透镜140的光轴s2上。耦合透镜120，用于将光束耦合至单模光纤130内，单模光纤130，用于滤除高阶模光束输出低阶模光束，第一准直透镜140，用于对低阶模光束进行准直。
48.示例性地，如图1所示，本体110内部形成有腔室150，沿第一方向，在腔室150的相对两侧设置有第一侧壁111和第二侧壁112，第一侧壁111上设置有第一通孔161，第二侧壁112上设置有第二通孔162，以使光束能够穿过腔室150出射。耦合透镜120固定于腔室150内，且正对第一通孔161，穿过第一通孔161的光束经过耦合透镜120会聚至耦合透镜的120的焦点处，且沿透镜120的光轴s1的方向传输。单模光纤130固定于腔室150内，且单模光纤130的接收端面位于耦合透镜120的光轴s1上，因此，耦合透镜120出射的会聚光能够入射至单模光纤130的接收端面。
49.光纤由纤芯以及包覆纤芯的包层构成，呈柱状。纤芯的折射率大于包层的折射率，因此，光纤内部的光束在纤芯内部进行全反射传输。单模光纤的作为空间滤波器，只允许光
束中的低阶单横模输出本实用新型实施例中单模光纤130能够将会聚光中的高阶模光束滤除，即滤除低质量光束，仅允许低阶模光束即高质量光束在纤芯内进行全反射传输，并通过单模光纤130的输出端面输出。由于单模光纤130输出的低阶模光束仍为会聚光束，因此从单模光纤130出射后，低阶模光束的发散角较大，单模光纤130的输出端面位于第一准直透镜140的光轴s2上，第一准直透镜140能够对低阶模光束进行准直，透过单模光纤130的低阶模光束的发散角较小，能够提高激光整形装置100出射光束的质量。第一准直透镜140固定于腔室150内，且正对第二通孔162，整形后的光束能够通过第二通孔162出射。
50.由上述分析可知，耦合透镜120、单模光纤130和第一准直透镜140均集成于本体110内部的腔室150内，各部件之间的位置关系固定，稳定性较高，激光整形时无需自行设置各部件之间的距离，提高了单模耦合的实用性。
51.可选地，单模光纤130的纤芯和包层的材质均为熔融石英，满足近紫外到红外波段的应用。单模光纤130的两端切平抛光，且不做表面金属化和专用接头，制作简单、方便。
52.本实用新型实施例提供的技术方案中，通过激光整形装置包括：本体、耦合透镜、单模光纤和第一准直透镜，本体内部形成有腔室，本体包括第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁和第二侧壁分别位于腔室的相对两侧，第一侧壁上设置有第一通孔，耦合透镜固定于腔室内且正对第一通孔，第二侧壁上设置有第二通孔，第一准直透镜固定于腔室内且正对第二通孔，单模光纤固定于腔室内，单模光纤的接收端面位于耦合透镜的光轴上，单模光纤的输出端面位于第一准直透镜的光轴上。耦合透镜将光束耦合至单模光纤内，单模光纤滤除高阶模光束输出低阶模光束，第一准直透镜对低阶模光束进行准直，滤除了光束中的低质量光束，得到高质量光束，从而实现激光整形；此外，耦合透镜、单模光纤和第一准直透镜均集成于本体的腔室内，各部件之间的位置关系固定，稳定性较高，激光整形时无需自行设置各部件之间的距离，提高了单模耦合方案的实用性。
53.可选地，继续参见图1，单模光纤130包括第一部131、第二部132和第三部133，第二部132的两端分别连接第一部131和第三部133，第一部131的延伸方向与第三部133的延伸方向平行，且第一部131的延伸方向与第三部133的延伸方向分别与第二部132的延伸方向存在大于0度的夹角。
54.示例性地，如图1所示，第一部131和第三部133均沿第一方向延伸，第二部132沿第二方向延伸，第二方向与第一方向垂直，故耦合透镜120和第一准直透镜140沿第二方向的距离为d，相应的，第一通孔161和第二通孔162沿第二方向的距离为d。耦合透镜120将会聚光耦合至单模光纤130的过程中，可能会有部分光束通过第一通孔161和耦合透镜120直接入射至腔室150内，该部分光束为干扰光，通过将第一通孔161和第二通孔162错开设置，能够防止干扰光通过第二通孔162出射，避免对出射光束造成影响，从而提高出射光束的质量。
55.需要说明的是，本实用新型实施例仅示例性第一部131和第三部133均沿第一方向延伸，第二部132沿第二方向延伸，第一部131的延伸方向与第三部133的延伸方向分别与第二部132的延伸方向的夹角为90度，在实际应用中对第一部131和第三部133的延伸方向，以及第一部131的延伸方向与第三部133的延伸方向分别与第二部132的延伸方向的夹角，不做具体限制。
56.可选地，激光整形装置100还包括光纤弯折基座，光纤弯折基座固定于腔室150的
内部，光纤弯折基座上设置有凹槽，单模光纤130设置于凹槽内，以使单模光纤130能够维持特定的弯折形态，有利于维持单模光纤130的稳定性。
57.可选地，继续参见图1，第一部131包括接收端面，第一部131沿耦合透镜120的光轴s1所在方向延伸，第三部133包括输出端面，第三部133沿第一准直透镜140的光轴s2所在的方向延伸。
58.具体地，如图1所示，第一部131沿耦合透镜120的光轴s1所在方向延伸，单模光纤130的接收端面能够接收到较多的会聚光束，即耦合至第一部131的低阶模光束的强度较大，能够减小不必要的低阶模光束的损耗，从而提高出射光束的能量。第三部133沿第一准直透镜140的光轴s2所在的方向延伸，第一准直透镜140能够接收较多的低阶模光束，也就是说，能够输出较大强度的输出光束。
59.可选地，接收端面位于耦合透镜120的焦点处，输出端面位于第一准直透镜140的焦点处。
60.具体地，耦合透镜120的焦点处，会聚光束的光斑尺寸较小，会聚光束的能量较集中，此时能够耦合至接收端面的低阶模光束的强度较大，从而提高输出光束的能量。输出端面位于第一准直透镜140的焦点处，第一准直透镜140能够对较多的低阶模光束进行准直，因此能够提高输出光束的能量。
61.可选地，耦合透镜120的焦点位于接收端面的中点处，第一准直透镜140的焦点位于输出端面的中点处。
62.具体地，耦合透镜120的焦点位于接收端面的中点处，能够耦合至接收端面的低阶模光束的强度较大，从而提高输出光束的能量。第一准直透镜140的焦点位于输出端面的中点处，第一准直透镜140能够对较多的低阶模光束进行准直，因此能够提高输出光束的能量。
63.可选地，继续参见图1，激光整形装置100还包括玻璃支柱170。
64.其中，玻璃支柱170用于固定第一准直透镜140、耦合透镜120和单模光纤130。
65.具体地，玻璃支柱170固定于第一准直透镜140的边缘以及耦合透镜120的边缘，玻璃支柱170还固定于单模光纤130的连接头处，玻璃支柱170通过光学胶水等粘结固定于腔室150内，从而达到固定第一准直透镜140、耦合透镜120和单模光纤130的作用。
66.本实用新型实施例还提供了一种激光组件，包括上述实施例提供的任一种激光整形装置，具备激光整形装置相应的有益效果。
67.图2为本实用新型实施例提供的一种激光组件的结构示意图，如图2所示，激光组件200包括：激光二极管210和激光整形装置100。
68.其中，耦合透镜位于激光二极管210的光轴上。
69.具体地，激光二极管210发出的光束耦合至激光整形装置100，激光整形装置100能够对激光二极管210发出的光束进行整形，从而输出高质量的光束，提高激光组件200的输出光束的质量。
70.可选地，继续参见图2，激光组件200还包括：第二准直透镜220。
71.其中，第二准直透镜220位于激光整形装置100和激光二极管210之间，且激光二极管210的出光面位于第二准直透镜220的焦点处。
72.具体地，激光二极管210可以认为是一种点光源，出射光束的发散角较大，在传输
过程中，能量损耗比较严重。将第二准直透镜220设置于激光整形装置100和激光二极管210之间，且激光二极管210的出光面位于第二准直透镜220的焦点处，第二准直透镜220能够将激光二极管210发射的光束进行准直，减小光束的发散角，从而使得入射至激光整形装置100的光束强度较大，减小光束损耗，从而能够提高激光组件200的输出光束的强度。
73.可选地，单模光纤的纤芯直径和数值孔径，与激光二极管210发射的光束的波长衍射极限相匹配。
74.具体地，单模光纤的纤芯直径和数值孔径，激光二极管210发射的光束的波长衍射极限，能够获取到具有衍射极限光斑的输出光束，进一步提高输出光束的质量。
75.可选地，激光组件200还包括：封装体230。
76.其中，第二准直透镜220、激光二极管210和激光整形装置100封装于封装体230内，封装体230上设置第三通孔231，第三通孔231正对第二通孔，用于传输准直后的低阶模光束。
77.具体地，第二准直透镜220、激光二极管210和激光整形装置100固定封装于封装体230内，使得第二准直透镜220、激光二极管210和激光整形装置100形成一体化的激光组件200，能够提高激光组件200的稳定性。封装体230上设置第三通孔231，第三通孔231正对第二通孔，允许第二通孔162输出的准直后的低阶模光束输出。
78.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
79.以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。